Lineare Antriebslösungen samt Lasersensorik und Sicherheitstechnik: Flexible Lösungen für die Photovoltaik-Industrie

Die ATMgroup aus Salem im Bodenseekreis hat sich auf die Herstellung von Prüfsystemen zur Qualitätssicherung sowie auf den Anlagenbau im Photovoltaikbereich spezialisiert. Die Zusammenarbeit mit Omron begann mit Sensorsystemen für einen Prüfstand zur Ermittlung der Qualität von Solar-Wafern. Inzwischen werden weitere Omron-Lösungen eingesetzt: Antriebstechnik für Handlingsysteme sowie Sicherheitstechnik. Bewegungen synchronisieren Eine herausfordernde Aufgabe finden Linearantriebe und zugehöriger Motion Controller von Omron z.B. in Bandverteilern, die der sogenannten WiS-Anlage nachgeschaltet sein können (Bild 1): Wafer laufen auf einem Band durch eine Inspektionsanlage. Nach der Prüfung müssen sie für einen nachfolgenden Ätzprozess auf fünf Bänder verteilt werden. Sowohl das zuführende Band als auch die fünf Bänder, die die Wafer zum Folgeprozess transportieren, laufen kontinuierlich weiter. Das Aufnehmen der Wafer auf der einen und das verteilte Ablegen auf der anderen Seite müssen also exakt synchron laufen, damit der gesamte Produktionsprozess nicht ausgebremst wird. Gleichzeitig ist es wichtig, die empfindlichen Wafer behutsam und exakt abzulegen. Dabei liegt die Taktzeit unter einer Sekunde. Hier erwiesen sich die Linearachsen der Serie Accurax R88L-EA als optimale Lösung. Während sich Scara-Roboter für diese Zwecke prinzipiell nicht eignen, könnten FlexPicker diese Aufgabe zwar generell übernehmen, die eingesetzten Linearachsen liefern jedoch bei geringeren Kosten die gleichen Ergebnisse und haben einen geringeren Wartungsaufwand. Außerdem lassen sie sich aufgrund ihrer Modularität flexibel an verschiedene Prozesse anpassen. Damit die synchrone Arbeit der Linearachsen nicht von asynchron laufenden Förderbändern aus dem Tritt gebracht wird, sorgen Servorelger samt entsprechender Servoantriebe der Accurax G5-Familie für konstante Bewegungen der Bänder (Bild 2). Zudem würde unruhiger Lauf hier u.a. die leichten Wafer auf dem Förderband verdrehen. Als Kommunikationsprotokoll wird in den Linearantrieben Ethercat eingesetzt (Bild 3). Zukünftig werden alle Anlagenteile mit diesem Kommunikationsprotokoll arbeiten. Was in komplexen Aufgaben funktioniert, kann auch auf ähnliche, aber weniger komplexe Aufgaben übertragen werden. Daher kommt das Antriebskonzept der Bandverteiler in weiteren Anwendungen zum Einsatz: in Loadern und Sortern. Beim Loader entnimmt eine Linearachse Wafer aus einem festen Magazin und setzt diese auf ein bewegtes Transportband. Der Sorter (Bild 4) arbeitet genau umgekehrt: Wafer werden vom bewegten Band genommen und entsprechend ihres Gütesiegels in verschiedenen Boxen abgelegt. Innerhalb der Inspektionssysteme finden Linearachsen eine ähnliche Aufgabe: Vorbeifahrende Wafer werden vom bewegten Band angehoben, gedreht und wieder auf ihrer vorherigen Position abgelegt (Bild 5). Durchdachte Modularität Linearachsen von Omron beweisen in einer weiteren Anlage der ATMgroup ihre Stärken – in einer Lay-Up-Maschine. Der Hintergrund: Zum Herstellen eines Solarmoduls werden mehrere Zellen zuerst in einer Stringermaschine mit speziellen Lötbändchen in Reihe gelötet. Ein anschließendes Prüfverfahren stellt sicher, dass die einzelnen Zellen eines Strings keine Brüche haben. Strings, die diesen Test bestanden haben, werden dann für die Weiterverarbeitung zum kompletten Modul im sogenannten Lay-Up auf einer Glasscheibe präzise ausgerichtet abgelegt und zwar in mehreren Reihen, die dann nochmals miteinander verlötet werden. Den Transport der Strings zur Glasplatte übernehmen nach dem Prüfprozess wieder Linearachsen, dieses Mal wird ein Gantry System eingesetzt. Vor dem Ablegen muss jeder zweite String zudem um 180° gedreht werden. Da die Strings zum exakten Ablegen teilweise nochmals im Zehntel-Grad-Bereich gedreht werden müssen, wurden die Linearachsen mit einem rotatorischen Antrieb kombiniert. Schadnusch Nejad, Geschäftsführer der ATMgroup berichtet von der Zusammenarbeit mit den Automatisierungsexperten bei diesem Projekt: \“Für die notwendige Antriebstechnik haben wir sehr eng mit Omron zusammengearbeitet. Ein Entwicklungsingenieur stand uns während der gesamten Entwicklung regelmäßig zur Seite und hat uns geholfen, die lineare Antriebslösung ideal an unsere Anforderungen anzupassen und in unsere Maschine zu integrieren.\“ Außergewöhnlich an der Lay-Up-Maschine ist u.a. die Größe der Anlage und damit die Abmaße der eingesetzten Linearachsen. Die zwei zueinander parallelen Achsen des Gantry-Systems bringen es auf etwa 2,8m Länge, die Querachse auf ca. 2,2m. Dass eine Maschine mit solchen Ausmaßen nicht als Ganzes zum Anwender transportiert werden kann, bringt die zweite wesentliche Anforderung mit sich: einen modularen Aufbau. Die Anlage wird zuerst bei ATM komplett aufgebaut und eingefahren. Anschließend zerlegt das Unternehmen die Maschine für den Transport wieder in Einzelkomponenten. Damit Demontage und Montage schnell vonstattengehen, war ein modulares Antriebskonzept gefragt. Zudem haben die Automatisierungsexperten u.a. ein durchdachtes Steckerkonzept entwickelt, das den schnellen Auf- und Abbau unterstützt. Sicherheitstechnik angepasst Da in der Lay-Up-Maschine komplette Solarmodule hergestellt werden, bringt sie es auf eine stattliche Größe von ca. 6 auf 8m und ist somit nicht wie die Prüfsysteme in einem Gehäuse untergebracht. Weil die bewegten Achsen jedoch Personen gefährden können, die der Anlage zu nahe kommen, war ein Sicherheitskonzept gefragt. Auch hier konnte Omron helfen. Die Anlage ist nun mit einem Schutzzaun vor unbefugtem Zutritt gesichert. Eingesetzt wird zudem der mikroprozessorgesteuerte Sicherheitscontroller der G9SP-Serie (Bild 6) für Überwachung der Türschalter. Not-Aus-Schalter ermöglichen den schnellen Stopp der Anlage im Problemfall. Überzeugt hat den Anwender u.a. die Konfiguration des Sicherheitscontrollers per Drag&Drop über eine grafische Benutzeroberfläche (Bild 7). Gleichzeitig lassen sich benutzerdefinierte Funktionsblöcke abspeichern und auf identische Anlagen aufspielen. Da ATM derzeit im Wochenrhythmus eine solche Anlage ausliefert, war schnelle Programmierung eine wichtige Anforderung. Erhöht wird die Sicherheit zudem durch das mobile Bedienterminal NS5 mit integ­riertem Notausschalter. Mit ihm kann sich der Anlagenbauer zum Teachen flexibel in der Anlage bewegen und diese im Falle eines Falles sofort stoppen. Support für Maschinenbau